基于地埋管的太陽能季節(jié)性蓄熱的地下傳熱分析及其工程應用

【摘要】：本文提出傳統(tǒng)地源熱泵和太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)的運行方案和控制方式,在TRNSYS里對兩種系統(tǒng)構(gòu)建了相應的模型,進行了模擬,并分析了兩種系統(tǒng)全年地熱換熱器周圍土壤溫度隨時間的變化情況。在系統(tǒng)模型里對各參數(shù)進行設定,其中土壤的初始溫度為15.2℃。首先模擬了系統(tǒng)運行1年和20年土壤溫度隨時間的變化,分析得出傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)從第一年制熱季開始到次年制熱季結(jié)束,土壤最低溫度為14.27℃,太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)為15.03℃,比地埋管耦合熱泵系統(tǒng)的土壤溫度高出0.76℃。兩種系統(tǒng)運行20年的數(shù)據(jù)顯示地源熱泵系統(tǒng)的最低溫度為12.9℃,太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)的最低溫度為15.51℃,兩者的溫度相差2.61℃,并且季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)地下土壤溫度的均值呈現(xiàn)上升趨勢,相反地源熱泵系統(tǒng)的土壤溫度呈現(xiàn)下降趨勢。同時對地埋管耦合熱泵和季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)一年的運行數(shù)據(jù)進行對比分析,得出一年之后太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)比傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)的土壤溫度全年整體平均溫度高出0.55。C。對于實際工程分別對地溫測試孔、換熱孔兼地溫測試孔和太陽能回灌孔進行了測試并獲得了大量的實測數(shù)據(jù)。分析表明：同一鉆孔不同深度處土壤溫度隨時間的變化趨勢-致,不同埋深處土壤的溫度不同,埋深越深溫度越高；在同一深度下太陽能2#回灌孔溫度最高,換熱孔22#次之,地溫監(jiān)測孔 33#溫度最低；太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)與傳統(tǒng)地源熱泵相比,它使得土壤溫度升高,溫度升高的幅度基本保持在0.8℃；同一時刻太陽能2#的溫度高于22#的溫度,且回灌鉆孔的波動幅度要小于地溫換熱孔的波動幅度。對模擬數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)分析對比之后發(fā)現(xiàn)：模擬數(shù)據(jù)在過渡季呈現(xiàn)出緩慢上升的趨勢并且上升的趨勢越來越緩,而實測數(shù)據(jù)過渡季土壤溫度呈現(xiàn)下降的趨勢,模擬數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)差別較大,說明所建立的地熱換熱器模型與實際換熱器的匹配度較低。出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因是地熱換熱器模型是一個簡化的傳熱模型不能將埋管區(qū)域復雜的地質(zhì)條件體現(xiàn)在模型里面,而實際的埋管區(qū)域地質(zhì)里砂巖層占的比例最大,在砂礫層和砂土層中水滲流的速度大會出現(xiàn)顯著的滲流現(xiàn)象,水徑流對換熱過程產(chǎn)生了很大的影響。模型研究及實測數(shù)據(jù)表明：基于地埋管的太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)的地下溫度要高于傳統(tǒng)地源熱泵的溫度,模擬數(shù)據(jù)的溫度高出0.55℃,實際工程測試數(shù)據(jù)的溫度高出1℃,說明在傳統(tǒng)的地埋管耦合熱泵系統(tǒng)的基礎上加入太陽能熱的回灌之后土壤溫度有明顯的升高。將太陽能輸入到地下增加了地下蓄熱體存儲的熱量作為冬季建筑物空調(diào)末端的熱源,能夠降低地源熱泵冬季提熱多夏季放熱少造成的冷熱負荷不平衡問題,有利于提高可再生能源的利用率,同時有助于解決寒冷和嚴寒地區(qū)的冬季供暖問題,降低霧霾天氣發(fā)生的幾率。 【關鍵詞】：太陽能 地源熱泵 季節(jié)性蓄熱 復合系統(tǒng) 地下溫度場
【學位授予單位】：山東建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU83
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題的研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)11-13
• 1.2.1 太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 地埋管周圍土壤溫度場的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容和目的13-15
• 1.3.1 本課題的主要研究內(nèi)容13
• 1.3.2 課題研究的目的13-15
• 第2章 地埋管地熱換熱器傳熱模型的理論研究15-20
• 2.1 線源理論傳熱模型15
• 2.2 有限長線熱源模型15-16
• 2.3 Hart和Couvillion方法16-18
• 2.4 豎直U型埋管周圍傳熱分析18-20
• 第3章 動態(tài)模型的構(gòu)建和地下土壤溫度場的模擬分析20-43
• 3.1 豎直埋管的傳熱機理20-25
• 3.1.1 豎直地埋管數(shù)值傳熱模型20-23
• 3.1.2 穩(wěn)態(tài)溫度場23-25
• 3.1.3 熱流疊加溫度場25
• 3.2 地源熱泵系統(tǒng)和太陽能季節(jié)性蓄熱方案25-29
• 3.2.1 傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)方案25-27
• 3.2.2 太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)方案27-29
• 3.3 TRNSYS動態(tài)模型的建立29-32
• 3.3.1 傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)的動態(tài)模型29-30
• 3.3.2 太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)動態(tài)模型30-32
• 3.4 傳統(tǒng)地源熱泵系統(tǒng)地下溫度場的模擬32-36
• 3.4.1 模擬結(jié)果分析32-36
• 3.5 基于太陽能季節(jié)性蓄熱系統(tǒng)地下溫度場的模擬36-39
• 3.5.1 模擬結(jié)果分析36-39
• 3.6 兩種系統(tǒng)運行一年的地溫均值的比較39-42
• 3.7 本章小結(jié)42-43
• 第4章 太陽能季節(jié)性蓄熱地下溫度場測試及實驗分析43-53
• 4.1 實驗系統(tǒng)簡介43-46
• 4.2 太陽能智能化控制系統(tǒng)技術(shù)要求46-47
• 4.2.1 機房控制技術(shù)46-47
• 4.2.2 空調(diào)末端控制技術(shù)47
• 4.2.3 其他部分控制技術(shù)47
• 4.3 實驗數(shù)據(jù)分析47-51
• 4.3.1 各鉆孔不同深度處土壤溫度隨時間的變化48-50
• 4.3.2 各鉆孔在同一深度處土壤溫度隨時間的變化50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 第5章 實驗測試數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)的對比53-60
• 5.1 實驗測試鉆孔地溫均值推算53-56
• 5.2 換熱孔數(shù)據(jù)的比較56-58
• 5.3 太陽能回灌孔數(shù)據(jù)的比較58
• 5.4 本章小結(jié)58-60
• 第6章 結(jié)論與展望60-62
• 6.1 結(jié)論60-61
• 6.2 展望61-62
• 參考文獻62-65
• 后記65-66
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文66

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